DE2260854A1 - Verfahren und vorrichtung zur sterilisierung eines gegenstandes mit gas - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur sterilisierung eines gegenstandes mit gasInfo
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Description
Patentanwalt
WOiFGANG SCHOKKER2 Trier, den T2.12.1972
WOiFGANG SCHOKKER2 Trier, den T2.12.1972
£> 55 TRIEP.. fIAWSTSASSE- 28
■ Τ£1·0ύ5'-3^8 B631
The Boeing Company
P.O. Box 3707 Seattle, Washington 98124, USA
Verfahren und Vorrichtung zur Sterilisierung eines Gegenstandes
mit Gas
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sterilisierung eines Gegenstandes mit Gas, vorzugsweise eines
zerbrechlichen Gegenstandes, der keinem hohen Druckunterschied ausgesetzt werden darf, oder der aus einem Material besteht,
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das bei hohen Temperaturen plastisch wird oder schmilzt, oder der zerstört würde, wenn er einem abrupten Temperaturwechsel
ausgesetzt wUrde.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Sterilisierung mit Gas anzugeben, bei denen die Sterilisierwirkung durch die Lieferung
eines kontinuierlichen Gas-Plasma-Stromes Über den zu sterilisierenden Gegenstand mit minimaler Verdünnung durch Luft vergrößert wird.
eines kontinuierlichen Gas-Plasma-Stromes Über den zu sterilisierenden Gegenstand mit minimaler Verdünnung durch Luft vergrößert wird.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung vorzuschlagen, durch die das Gas-Plasma höchstwirksam in Kontakt mit dem zu
sterilisierenden Gegenstand gebracht wird.
Eine andere Aufgabe ist es, sofort die Oberflächen des Gegenstandes
zu bedecken, die durch den Strom eines Gas-Plasmas
sterilisiert worden sind, um ihre Sterilität zu bewahren.
sterilisiert worden sind, um ihre Sterilität zu bewahren.
Fig. 1 gibt die Vorrichtung zur Sterilisierung nach der Erfindung
wieder, die Gas-Plasma verwendet.
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Fig. 2 ist die Darstellung einer anderen Vorrichtung zur Sterilisierung,
die das Plasma-Verfahren der Erfindung verwendet, wobei Teile im Schnitt dargestellt sind.
Fig. 3 und 4 sind Detailansichten von einigen modifizierten
Teilen der Vorrichtung nach Fig. 2.
Die Sterilisierung von Gegenständen nach dem Verfahren der Erfindung wird in einem Raum bei sehr niedrigem Druck, wie von
50 bis 3000 Mikron ausgeführt. Solch ein Raum kann begrenzt sein, wie beispielsweise innerhalb einer Sterilisierkammer. In
der Vorrichtung nach Fig. T liegt in einer geschlossenen Sterilisierkammer 1 ein zu sterilisierender Gegenstand 2. Der Gegenstand
wird durch eine geeignete verschließbare Öffnung in die Kammer eingesetzt, um einem merklichen äußeren Druck zu widerstehen.
Vorzugsweise befindet sich die Kammer in einem Gehäuse von zylindrischer Form und kann evakuiert werden, ohne zusammenzubrechen.
Die Vorrichtung einschließlich des Gehäuses kann aus Metall sein. Vorteilhaft können auch einzelne Teile oder die
meisten Bestandteile aus Glas oder geeignetem Kunststoff bestehen.
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Geeignetes Gas für die Ionisation zu einem Plasma, das der Kammer 1 zugeführt wird, ist Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Helium
und Xenon. Mischungen dieser Gase können auch zur Verbesserung der Sterilisierwirkung verwandt werden. Bevorzugtes Gas für diese
Anwendung ist Argon . Das Gas, aus dem das Plasma gebildet wird, wird von einem Behälter 3, in dem es unter Druck gehalten wird,
über einen Durchflußmesser 4 zu einer Plasma-Erzeugungsleitung 5
geleitet, die mit einem Ende an die Sterilisierkammer 1 angeschlossen ist. Die Plasma-Erzeugungsleitung ist einem Radiofrequenzfeld
ausgesetzt, das von Elektroden 6 erzeugt wird, die die Leitung umgeben. Ein geeigneter Radiofrequenzgenerator 7 ist an die Elektroden 6 Über ein Impedanzvergleichsnetzwerk 8 zur Kupplung 'der
Elektroden 6 an einen Verstärker des Radiofrequenzgenerators 7 angeschlossen. Der Oszillator und Verstärker des Radiofrequenzgenerators soll in der Lage sein, eine ständige Leistung bis zu
300 Watt zu liefern, die von einem Leistungsmesser 9 angezeigt wird. Eine bevorzugte Ausgangsleistung des Radiofrequenzgenerators
hat 200 Watt.
Es kann wünschenswert sein, die Plasma-Erzeugungsleitung 5
durch Vorbeifuhren von Kühlwasser oder einem anderen Kühlmit-
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tel durch einen Kühlmantel 10 zu kühlen. Die Zufuhr von Gas
zu einem Plasma-Erzeuger kann durch ein Ventil 11 geregelt und mit dem Durchflußmesser 4 gemessen werden. Die Durchflußmesserdruckanzeige
wird dazu benutzt, den richtigen Druck im Durchflußmesser aufrechtzuerhalten. Die Gasdurchflußmenge kann von
3 3
2 bis 50 cm pro Minute reichen. Eine Menge von 18 cm pro Minute
ist ausreichend für den Betrieb einer Vorrichtung zur Steri-
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lisierung von geeigneter Größe.
Die Menge des durch die Sterilisierkammer I fließenden Gas-Plasmas
ist nicht nur durch den Durchflußmesser 4 und das Ventil IT bestimmt,
sondern auch durch den Druck in der Sterilisierkammer T, durch die das Plasma fließt. Der Druck in der Sterilisierkammer
ist vorzugsweise ganz niedrig, nicht mehr als einige weniger Millimeter Quecksilber. Der Druck soll innerhalb der Größenordnung von
0,05 bis 3 Millimeter Quecksilber sein, d.h, von 50 bis 3000 Mikron.
Ein bevorzugter Druck ist 200 Mikron « Der Druck in der Sterilisierkammer
kann durch eine Druckanzeige T4 angegeben werden.
Die Gaszufuhr zu dem Plasma-Erzeuger vom Behälter 3 kann mittels
einer Abstellvorrichtung 15 gesteuert werden. Wenn die Vorrich-
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tung in Betrieb genommen werden soll, werden der zu sterilisierende Gegenstand in die Sterilisierkantmer 1 gesetzt, eine Vakuumpumpe 13 eingeschaltet, um die Kammer zu evakuieren, und die Absperrvorrichtung 15 geöffnet, um Gas von dem Vorratsbehälter 3
durch den Durchflußmesser 4 und das Regulierventil 11 zu dem Plasma-Erzeuger 5 strömen zu lassen. Es wird angenommen, daß der
Durchflußmcsser 4 und das Ventil 11 zuvor eingestellt worden sind,
um die gewünschte Gasmenge zu liefern, die durch das Saugen der
Pumpe 13 induziert wird, welche an die Sterilisierkameer 1 angelegt ist. Vorkehrungen zur Erdung eines Teiles der Sterilisierkammer abwärts von der Plasma-Quelle können auch die Sterilisierwirkung vergrößern.
Der Radiofrequenzgenerator wird dann erregt und das Impedanzvergleichsnetzwerk 8 eingestellt, um die reflektierte Leistung auf
ein Minimum zu bringen. Der Gegenstand wird dem Gas-Plasma ausgesetzt, das für die zur Erzielung der Sterilisierung erforderlichen
Zeit Über ihn fließt und durch die Sterilisierkammer streicht. Verringerungen des Mikrobenbefalls bis zu 99 % sind dadurch erreicht worden, daß der zu sterilisierende Gegenstand für eine
nur nach Minuten zählende Zeitdauer dem Plasma-Strom ausgesetzt
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wurde. Zu sterilisierende Gegenstände können jedoch kontinuierlich
dem Plasma-Strom für eine Zeitdauer zwischen einer Minute und sechs Stunden ausgesetzt werden.
Wenn die Sterilisierung des Gegenstandes ausgeführt ist, werden
der Radiofrequenzgenerator 7 abgeschaltet, die Absperrvorrichtung geschlossen und die Vakuumpumpe 13 angehalten oder ihre Verbindung
zur Sterilisierkammer mittels eines passenden Ventiles abgesperrt. Die Sterilisierkammer wird dann mit der Atmosphäre in Verbindung
gebracht, geöffnet und der sterilisierte Gegenstand daraus entnommen.
Die in den Fig. 2, 3 Und 4 gezeigte Vorrichtung ist insbesondere
zur Sterilisierung von künstlichen Lungenblutoxygenatoren geeignet.
Solche Oxygenatoren bestehen aus weichem Silastikmateriiund
Zelluloseacetat-Hohlfasern. Die Vorrichtung ist vorzugsweise in
der Lage, mehrere solcher Oxygenatoren gleichzeitig zu sterilisieren,
wobei drei solcher Oxygenatoren 2a, 2b, 2c in Fig. 2 gezeigt
sind. Die Oxygenatoren sind während des Sterilisiervorganges in einer Sterilisierkammer 1' untergebracht. Die in Fig. 2 gezeigte
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Vorrichtung hat Bestandteile, die ähnlich denen sind, die in Verbindung mit der Vorrichtung nach Fig. 1 beschrieben sind.
Gas, das in Plasma umgewandelt werden soll, wird von dem Vorratsbehälter 3 Über den Durchflußmesser 4- an ein Verteilerstück 5'
des Plasma-Generators geliefert. Der Betrag des Gasstromes wird
von einer Durchflußmesserdruckanzeige 12 angezeigt und der Strom zur Sterilisierkammer kann durch Betätigung der Absperrvorrichtung 15 in Gang gesetzt und abgestellt werden. Der Strom des Gas-Plasmas durch die Sterilisierkammer 1' wird durch Saugen der
Vakuumpumpe 13 induziert. Die Verbindung zwischen der Sterilisierkammer und der Vakuumpumpe kann durch ein Auslaßventil 16
abgesperrt werden, um die Notwendigkeit eines Abschaltens der Vakuumpumpe zwischen den Sterilisiervorgängen zu vermeiden. Eine
Ölfalle 17 kann in der Saugleitung zur Pumpe 13 eingebracht sein,
und ein Lüftungsventil 18 zur Verbindung der Sterilisierkammer 1' mit der Atmosphäre kann in der Saugleitung zur Vakuumpumpe vorgesehen sein.
Einzelne Leitungen 5'1 verbinden das Verteilerstuck 5' mit den
einzelnen Oxygenatoren 2a, 2b und 2c. Ein Radiofrequenzfeld zur Umwandlung des Gases in Plasma wird durch Erreger 6' in jeder
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der Gaszufuhrleitungen 51' erzeugt . Das Radiofrequenzfeld wird
von solchen Erregern geschaffen, die an den Radiofrequenzgenerator 7 angeschlossen sind, einschließlich eines Oszillators und
eines Verstärkers. Das Impedanzvergleichsnetzwerk wird mittels einer Radiofrequenzabstimmvorrichtung 81 eingestellt und die
Leistung des Radiofrequenzoszillators wird von einem Wattmeter 91
angezeigt.
Die zu sterilisierenden Blutoxygenatoren sind in grcflferer Einzeldarstellung
in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Ein kontinuierlicher Gas-Plasma-Strom
wird durch ein Regulierventil 19, das in Fig. 2 gezeigt ist, zu einem Einlaßrohr 20 geleitet, das in das Innere
des Oxygenators führt. In der in Fig. 3 gezeigten Anordnung wird das Gas-Plasma aus dem Inneren des Oxygenators durch einenPlasma-Ausgang
21 abgeführt. Der Oxygenatorkörper besteht aus einer Vielzahl
von Kapillarröhren 22, durch welche das Gas-Plasma langsam strömt, um die Sterilisierung zu bewirken. Der Strömungswiderstand
des Gas-Plasmas durch die unterschiedlichen Oxygenatoren kann variieren, und die Öffnung der Ventile 19 kann so eingestellt
werden, daß die Durchströmung durch die Oxygenatoren von dem gemeinsamen VerteiJarstück 5' aus gleichmäßig erfolgt.
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Obwohl es nur wesentlich ist, daß das Innere der kapillaren Durchgänge durch den Oxygenator steril sind, weil nur solche
Kapillardurchgänge in Kontakt mit dem zu oxydierenden Blut kommen, ist es dennoch wünschenswert,einen vollständig sterilisierten Oxygenator zu haben, der in einem versiegelten Behälter verpackt
ist, um die Lagerung zu erleichtern. Es ist deshalb wünschenswert, zur gleichen Zeit einen Gas-Plasma-Strom Über das Äußere
des Oxygenators zu leiten, wie das Gas-Plasma durch die kapillaren Durchgänge des Oxygenators fließt.
Fig. 3 zeigt eine Umhüllung 23 fUr den Oxygenator mit einem
Einlaß 24 und einem Auslaß 25 fUr den Gas-Plasma-Strom zwischen
der Umhüllung und dem Äußeren des Oxygenators. Die Umhüllung
ist entlang des Einlasses 20 und des Auslasses 21 für das Gas-Plasma versiegelt, das durch das Innere des Oxygenators strömt.
Wenn die Umhüllung die Form einer Plastiktasche hat, können alle öffnungen 20, 21, 24 und 25 versiegelt sein, um den sterilisierten Zustand im Inneren und Äußeren des Oxygenators
aufrechtzuerhalten.
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Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung strömt das Gas-Plasma
durch das Innere des Oxygenators 21 und dann.nachfolgend über
das Äußere des Oxygenators. In diesem Beispiel führt der Plasma-Ausgang 21 * vom Inneren des Oxygenators zum Inneren der Umhüllung
23". Das Gas-Plasma wird dann vom Inneren der Umhüllung, nachdem es über das Äußere des Oxygenators geströmt ist, durch den
Ausgang 25* ausgelassen· Bei Verwendung solch einer Anordnung
ist es nur nötig, die Einlaßöffnung 20, die zum Inneren des Oxygenators führt, und den Ausgang 25',.der von der Umhüllung 23"
fortführt, zu schließen.
Dadurch, daß ein kontinuierlicher Gas-Plasma-Strom durch die
Vorrichtung und über die Oberflächen des zu sterilisierenden Gegenstandes fließt, erfolgt die Sterilisierung in wirkungsvollerer
und schnellerer Form. Die Sterilisierwirkung des Gas-Plasmas wird auch noch dadurch wirksamer und folglich schneller, daß die zu
sterilisierenden Oberflächen einer Atmosphäre mit geringem Druck ausgesetzt werden, so daß das Gas-Plasma dichter ist. Das Gas
kann unter Verwendung bekannter Techniken erregt werden, um ein Gas-Plasma zu bilden, wie z.B. durch ein Radiofrequenzfeld oder
durch Unterwerfen des Gases unter eine Bedingung ähnlich der in einer fluoreszierenden Lichtröhre.
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Während die spezifische Anwendung des Sterilisierverfahren, so wie es oben mit Bezug auf die Fig. 2, 3 und 4 beschrieben wurde,
sich auf die Sterilisierung von Oxygenatoren bezieht, ist das Verfahren insbesondere vorteilhaft für die Sterilisierung von verschiedenen Arten medizinischer und klinischer Ausrüstung in einer
Sterilisierkammer, einschließlich Katheter von hartem Silastikmaterial, chirurgischem Röhrenmaterial aus Kautschuk und PVC-Kunststoff, Platten aus Edelstahl oder Aluminium, Scheren und
Skalpellen. Die Plasma-Sterilisierung schwächt nicht die Schneidkanten solcher Arbeitsgeräte. Mikroskopscheiben aus Glas und
Menbranen aus Kunststoff, wie Zelluloseester, können ebenso auf diese Weise sterilisiert werden. Ebenso prothetische Vorrichtungen oder Vorrichtungen zum Einpflanzen in den Körper,
wie Herzklappen, Schrittmacher, Gelenke und Knochenersatzteile und andere kunstliche Organe und Bestandteile können durch dasselbe Verfahren sterilisiert werden. Eine andere wichtige Anwendung des Prozesses liegt in der Sterilisierung von Enzymen,
wie Milchdehydrase, Exkrementen oder anderen Abfällen, die für eine bestimmte Zeit gelagert werden müssen, wie in einem Flugzeug
oder einem Weltraumfahrzeug, bevor sie abgestoßen werden kön-
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nen. Solches Abfallmaterial kann von einem Weltraumfahrzeug ausgestoßen
werden und sollte vor der Abgabe sterilisiert werden.
Zusätzlich kann das Plasma-Verfahren zur Sterilisierung von Obst
und Gemüse Anwendung finden. Duch das Verfahren wird besonders
die Haltbarkeit begünstigt.
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Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zur Sterilisierung eines Gegenstandes mit Gas, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas als Gas-Plasma in einem kontinuierlichen Strom Über die Oberfläche des Gegenstandes geleitet wird.2. Verfahren nach Anspruch I7 dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierliche Strom eines Gas-Plasmas über die innere und Über die äußere Oberfläche des Gegenstandes geleitet wird.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas-Plasma-Strom nacheinander Über die innere und die äußere Oberfläche des Gegenstandes geleitet wird.4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas-Plasma-Strom in einen geschlossenen Behälter für eine befristete Zeit über die Oberfläche des Gegenstandes geleitet wird und der Behälter zur Bildung einer sterilisierten Packung fUr den Gegenstand versiegelt wird.309825/1059IO -5. Verfahren nach den Ansprüchen 2, 3 oder A1 cfcdurch gekennzeichnet, daß der Gas-Plasma-Strom durch einen Blutoxygenator mit einer Vielzahl von kapillaren Durchgängen geleitet wird.6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas-Plasma-Strom in einem Raum mit niederem Druck erfolgt.7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas-Plasma-Strom mindestens eine Minute lang über den zu sterilisierenden Gegenstand geleitet wird.8. Vorrichtung zur Sterilisierung eines Gegenstandes mit Gas in einer Sterilisierkammer, gekennzeichnet durch Mittel zur Leitung eines Gas-Plasma-Stromes durch die Sterilisierkammer.9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel zur Unterwerfung eines Gases unter ein Radiofrequenzfeld zur Erzeugung des Gas-Plasmas für die Sterilisierkammer.10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch Mittel, die einen Blutoxygenator mit kapillaren Durchgängen in der Sterilisierkammer zur Durchströmung der kapillaren Durchgänge mit dem Gas-Plasma halten.3 0 9 8 2 5/1059Π. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Umhüllung, die den Blutoxygenator umgibt, und Mittel zur Fuhrung des Gas-Plasmas zum Inneren des Oxygenators und zu dem Raum zwischen dem Äußeren des Oygenators und der Umhüllung.12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel zum Auslaß des Gas-Plasma-Stromes vom Inneren des Oxygenators zum Inneren der den Oxygenator umgebenden Umhüllung.13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch Mittel zur Evakuierung der Sterilisierkammer während des Durchströmens des Gas-Plasmas.14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Mittel zur Strömungsbegrenzung, die an die Sterilisierkammer angeschlossen und von Gas-Plasma auf dem Weg zur Sterilisierkammer durchströmt sind, um die Zufuhr von Gas-Plasma zur Sterilisierkammer zu regulieren.309825/ 1059L e θ r s e i t e
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